李興強，孫兆軍,，焦炳忠，朱文婷，何 俊，韓 磊

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學(xué)環(huán)境工程研究院，寧夏 銀川 750021；3.教育部中阿旱區(qū)特色資源與環(huán)境治理國際合作聯(lián)合實驗室，寧夏 銀川 750021)

靈武長棗(ZiziphusjujubaMill.cv.Lingwuchangzao)，屬于鼠李科棗屬，是寧夏主要特色經(jīng)濟作物之一，在發(fā)展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加農(nóng)業(yè)收入方面具有重要作用。目前，隨著長期種植、盲目灌溉以及種植面積的擴大，已出現(xiàn)灌溉水資源短缺、棗樹產(chǎn)量和品質(zhì)降低、經(jīng)濟效益下降的問題。

地下微孔滲灌是一種高效節(jié)水灌溉方法，其不僅可降低地表徑流和蒸發(fā)，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[1]，而且有利于保蓄根系周圍的水分和養(yǎng)分[2]，以供作物生長發(fā)育利用。對于地下灌溉的研究，牛文全等[3]針對微潤管埋深和鋪設(shè)間距對番茄的土壤水分變化和鹽分運移進行了研究，篩選出了最佳的埋深和鋪設(shè)間距。白丹等[4]對地下豎管灌溉方式下土壤濕潤體空間分布規(guī)律進行研究，建立了土壤容重、土壤初始含水率、灌水壓力、灌水器直徑和埋深與濕潤體時空變化特征值的量化關(guān)系。張陸軍等[5]將涌泉根灌應(yīng)用于梨棗樹，確定了適宜的布置方式與灌水量，認為單棵樹布置2個灌水器和單株灌80 L為最佳組合，能夠提高產(chǎn)量和水分利用效率。孫三民等[6]采用間接地下滴灌及導(dǎo)水裝置對其灌水器埋深在干旱區(qū)矮化密植紅棗的應(yīng)用進行試驗研究，表明棗樹細根空間分布呈現(xiàn)由“寬淺型”向“深根型”變化，并相對于地表滴灌表現(xiàn)出較好的節(jié)水增產(chǎn)效果。目前，對于微孔滲灌的研究，任秋實[7]在馬鈴薯上采用地下滲灌方式設(shè)置不同施氮量進行研究，得出適宜的灌水方式和施氮量的組合有利于作物節(jié)水節(jié)肥。韓懂懂等[8]在棗樹上的應(yīng)用，設(shè)置不同灌溉定額與滴灌、管灌進行對比研究，得出滲灌較滴灌更有利于提高產(chǎn)量和水分利用效率。目前對微孔滲灌只是簡單地做了灌水量等試驗，基于微孔滲灌環(huán)形鋪設(shè)方式及不同埋深對靈武長棗土壤水分分布、產(chǎn)量以及水分利用效率的研究鮮有報道。因此，本文設(shè)置微孔滲灌鋪設(shè)半徑和埋深的2因素3水平試驗，對比分析棗樹土壤水分空間分布、耗水量、產(chǎn)量及水分利用效率的變化，旨在確定微孔滲灌最佳的鋪設(shè)半徑和埋深，為靈武長棗高效種植技術(shù)的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗于2019年4―10月在寧夏銀川平原引黃灌區(qū)(105°59′22.87″E ，36°51′55.37″N)進行，該地區(qū)年均降水量僅為200 mm，棗樹全生育期內(nèi)降雨量為174 mm，生育期內(nèi)降雨量見圖1。研究區(qū)土壤為砂壤土，采用激光粒度儀(Mastersizer 3000，MalvernLtd, UK)測定試驗地各土層顆粒組成，見表1，粒徑大小分3級(<0.002 mm、0.002～0.02 mm、0.02～2 mm)。處理前0～100 cm土壤基本理化性狀見表2。

表1 試驗地各層土壤分類占比(體積分數(shù)%)

1.2 試驗材料

供試作物為6 a生靈武長棗，移栽定植后主要采用溝灌，2015年改為滴灌灌水方式。行株距為300 cm×400 cm，胸徑5.2～6.3 cm；平均樹高為280～330 cm；平均冠幅為200 cm(南北)×180 cm(東西)。試驗前，通過對棗樹根系分布范圍進行采挖觀測，棗樹主根根系分布(距樹干)垂直深度在0～60 cm，水平半徑在0～100 cm。地下水埋深20 m以下。

地下滲灌管[9]：采用本團隊改進加工生產(chǎn)的微孔滲灌管，由廢舊橡膠粉末和聚乙烯再生料按一定比例混合加工擠壓出的滲灌管道式灌水器，管道外徑為22.20 mm，內(nèi)徑為18.20 mm，出水量為300～400 ml·m-1·min-1。滲灌管在空氣中測試滲水效果如圖2所示。

1.3 試驗設(shè)計

根據(jù)試驗地根系分布和當(dāng)?shù)毓喔确绞皆O(shè)微孔滲灌不同埋深D(10、20、30 cm)、不同鋪設(shè)半徑R(30、40、50 cm)2因素3水平隨機區(qū)組試驗，每個處理設(shè)3次重復(fù)，共27個小區(qū)，每個小區(qū)2株棗樹。具體試驗設(shè)計及編號見表3。

表3 試驗設(shè)計

2019年3月在棗樹萌芽期之前，對棗樹進行修剪、旋耕，并按照試驗設(shè)計進行處理，地下滲灌鋪設(shè)采用人工開溝，按照試驗設(shè)計布設(shè)灌水器，鋪設(shè)環(huán)形以棗樹樹干為圓心，深度以地表為起點，向下測量。管道安裝好后進行通水測試，然后回填，滲灌田間布置如圖3所示。根據(jù)試驗地土壤質(zhì)地、土壤養(yǎng)分含量和當(dāng)?shù)貙棙渌使芾斫?jīng)驗，采用少量多次進行灌水和施肥，所有處理均在開花期(2次)、坐果期(3次)、果實膨大期(3次)施肥。供試水源來自地下水20 m，肥料為復(fù)合滴灌專用肥(N、P2O5和K2O占比分別為33%、12%和5%)。棗樹全生育期灌溉施肥制度如表4所示。

表4 棗樹全生育期灌溉施肥制度

1.4 測定項目及方法

(1)土壤含水率：2019年3月，按照試驗設(shè)計布設(shè)Trime-IPH管(200 cm)土壤水分測量系統(tǒng)(IMKO，Ettlingen，Germany)，測定數(shù)據(jù)前用烘干法進行校正，于棗樹生長期內(nèi)監(jiān)測0～200 cm土層土壤含水率，每隔20 cm測定一次，測定時間為灌水前后和降雨后。

(2)棗吊長度：從萌芽期到成熟期，每個處理選取固定棗樹，在果樹東、西、南、北4個方向各選一枝當(dāng)年新生枝條，用卷尺測定新梢長度，用電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量新梢直徑。

(3)坐果率：于開花期記錄棗吊開花數(shù)(N1)，采收時統(tǒng)計棗吊果實數(shù)量(N2)，計算公式為：

坐果率=N2/N1×100%

(4)果實產(chǎn)量(Y)：在棗樹果實成熟后，分別在東、西、南、北及內(nèi)部各位置隨機取樣，測定單果質(zhì)量，產(chǎn)量計算公式為：

產(chǎn)量(kg·hm-2)=平均單果質(zhì)量(kg)×單株結(jié)果數(shù)

×種植數(shù)(株·hm-2)

(5)棗樹耗水量(ET)：利用水量平衡法計算棗樹全生育期內(nèi)的耗水量。計算公式為：

ET=P+I+K-J-S-(Wt-W0)

式中，ET為耗水量(mm)；P為有效降雨量(mm)；I為灌水量(mm)；K為時間段t內(nèi)的地下水補給量(mm)；J為徑流量(mm)；S為深層滲漏量(mm)；Wt、W0為時段初和任一時間t時的土壤計劃濕潤層內(nèi)的儲水量(mm)。試驗區(qū)地下水位在20 m以下，并且每次灌水量較少，故K、J、S忽略不計。上式簡化為：

ET=P+I-(Wt-W0)

(6)水分利用效率(WUE)的計算公式為：

WUE(kg·m-3)=Y/ET

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010和Origin9.1分別進行數(shù)據(jù)整理和繪圖，SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析(LSD法，顯著性水平設(shè)定為p=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對棗樹土壤水分分布的影響

圖4為以棗樹為中心的微孔滲灌不同埋深和鋪設(shè)半徑下土壤含水率空間分布情況?？梢钥闯?，隨著微孔滲灌埋深的增加，土壤含水率最大分布范圍和濕潤鋒均向下移動，埋深從10 cm增加到30 cm時，土壤含水率垂直方向最大分布范圍從0～45 cm增加到10～55 cm。隨著微孔滲灌鋪設(shè)半徑的增大，土壤含水率最大分布范圍和濕潤鋒均向外移動，鋪設(shè)半徑從30 cm增加到50 cm時，土壤含水率空間分布整體向外移動10 cm；在相同鋪設(shè)半徑下，隨著微孔滲灌埋設(shè)的增加，表層土壤含水量分布范圍逐漸下移，并且微孔滲灌鋪設(shè)位置正下方的濕潤鋒(土壤含水率為14%)隨著埋設(shè)深度的增加，埋深為30 cm較20 cm土壤含水率分布范圍分別向下增加了8 cm(R30)、15 cm(R40)、12 cm(R50)，較l0 cm土壤含水率分布范圍分別向下增加了13 cm(R30)、22 cm(R40)、21 cm(R50)。各處理灌水量均相同，以微孔滲灌為中心的土壤含水率最大值均在20.00%～22.00%之間，微孔滲灌不同埋深和鋪設(shè)半徑組合對土壤剖面含水率分布范圍不同。隨著埋設(shè)和鋪設(shè)半徑的增加土壤濕潤體范圍逐漸增大，R50D30處理垂直方向上的土壤濕潤鋒可以達到55 cm，而R30D10處理的土壤濕潤鋒垂直方向最大為40 cm。各處理土壤含水率在水平方向分布范圍均大于垂直方向，一方面，可能是與灌水器鋪設(shè)位置和棗樹在移栽時50～60 cm 處施入墊層(秸稈、有機肥)厚度有關(guān)；另一方面，試驗地土壤0～50 cm范圍主要以砂質(zhì)土壤為主，水分入滲能力和地表蒸發(fā)較強。各處理土壤含水率在15.00%～18.00%范圍，各處理水平距離最大處均在80 cm 左右，隨著微孔滲灌鋪設(shè)半徑的增加，水平范圍從50～80 cm縮小到70～85 cm。隨著微孔滲灌埋深和鋪設(shè)半徑增大，土壤含水率值在15.00%～20.00%的分布范圍區(qū)域相應(yīng)增大，鋪設(shè)半徑單因素下的分布范圍區(qū)域較埋深單因素下土壤含水率分布范圍較大。

2.2 不同處理對棗樹棗吊長及坐果率的影響

表5為不同微孔滲灌埋深和鋪設(shè)半徑組合下棗樹生長情況的變化，可以看出，棗樹的棗吊長度、每吊開花數(shù)、每吊坐果數(shù)、坐果率均表現(xiàn)為R40D20處理最高，分別為31.24 cm、66朵、39個、59.70%，并且與其他處理均存在顯著差異(p<0.05)。相同微孔滲灌鋪設(shè)半徑下，棗樹棗吊長度、每吊開花數(shù)、每吊坐果數(shù)、坐果率均隨著埋深的增加先增加后降低，都表現(xiàn)為埋深D20下最高，D10次之，D30最小；微孔滲灌鋪設(shè)半徑R30下，埋深D20 比D10和D30的棗吊長度、每吊開花數(shù)、每吊坐果數(shù)、坐果率分別提高了5.69%和10.25%、17.65%和13.21%、24.00%和55.00%、7.94%和37.31%；微孔滲灌鋪設(shè)半徑R40下，埋深D20 比D10和D30的棗吊長度、每吊開花數(shù)、每吊坐果數(shù)、坐果率分別提高了5.40%和20.29%、4.76%和17.86%、8.33%和69.57%、3.86%和46.29%；微孔滲灌鋪設(shè)半徑R50下，埋深D20 比D10和D30的棗吊長度、每吊開花數(shù)、每吊坐果數(shù)、坐果率分別提高了5.77%和13.27%、12.00%和27.27%、50.00%和66.67%、37.14%和32.49%；除了R50下D20與D10提高幅度比D30高外，其他鋪設(shè)半徑處理下D20比D30下提高幅度均高于D10。相同微孔滲灌埋深下，各鋪設(shè)半徑對棗樹棗吊長度、每吊開花數(shù)、每吊坐果數(shù)、坐果率均表現(xiàn)為R40>R30>R50；在D2條件下，R40處理下的棗樹棗吊長度、每吊開花數(shù)、每吊坐果數(shù)、坐果率比R30和R50分別提高了15.28%和20.02%、10.00%和17.86%、25.81%和30.00%、14.39%和10.66%；并且棗樹棗吊長度、每吊開花數(shù)、每吊坐果數(shù)均表現(xiàn)為R40處理比R50提高幅度大于R30。

2.3 不同處理對棗樹產(chǎn)量及水分利用效率的影響

棗樹產(chǎn)量的高低主要由單果重、單株結(jié)果數(shù)、單位面積棗樹栽培數(shù)確定，本試驗棗樹株行距已確定，因此，單果重、單株結(jié)果數(shù)的大小直接影響產(chǎn)量。表6為微孔滲灌不同鋪設(shè)半徑和埋深組合下對棗樹耗水量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、產(chǎn)量及水分利用效率的影響?？梢钥闯?，微孔滲灌鋪設(shè)半徑和埋深下各處理棗樹的單果重、單株結(jié)果數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率均表現(xiàn)為R40D20處理最高，分別為19.20 g、444個、7 666.82 kg·hm-2、2.83 kg·m3，并且均與其他處理存在顯著差異(p<0.05)。相同鋪設(shè)半徑下，棗樹單果重、單株結(jié)果數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率均表現(xiàn)D20最大，并且與D10、D30處理存在顯著差異(p<0.05)。相同埋深下，R40下棗樹單果重、單株結(jié)果數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率最大。棗樹全生育期耗水量R50D10處理最大為362.38 mm，比R50D30處理耗水量最低(238.90 mm)多123.48 mm，與其他處理均存在顯著差異(p<0.05)。在相同鋪設(shè)半徑下，隨著微孔滲灌埋深增加，耗水量逐漸降低，并存在顯著差異(p<0.05)。

3 討 論

3.1 微孔滲灌不同鋪設(shè)方式對棗園土壤水分空間分布的影響

微孔滲灌灌水器不同的鋪設(shè)位置，導(dǎo)致土壤含水率空間分布出現(xiàn)差異。地下滲灌灌水器鋪設(shè)位置附近的土壤含水率變化較大，最大值均在灌水器附近，水分逐漸向四周擴散并減小[10-11]。已有研究表明，地下灌溉灌水器的埋深和壓力是影響土壤水分空間分布的主要因素，有研究表明微潤灌溉最適宜的埋深在15～20 cm之間[12]，微孔滲灌埋深較淺時，土壤含水率分布主要集中在表層，原因是受到地表蒸發(fā)的影響，水分通過土壤空隙向上擴散較快。本研究土壤含水率均隨微孔滲灌埋深和鋪設(shè)半徑增加而向下和向外擴散。本文試驗表明，各處理均為土壤含水率向下擴散大于其他方向，水平方向上左、右土壤水分擴散條件一致，土壤水分分布特征類似[4]；一方面可能是由于地下滲灌方式下隨著灌溉時間的延長，水分在灌水器周圍聚集，而水分在土壤吸力及自身重力作用下，就會向下運移；另一方面，地下灌溉有抑制水分通過地表蒸發(fā)而散失的效果；并且植株吸收水分最先從離樹干濕潤區(qū)最近處吸收[13]。這與湯英等[14]采用微潤管不同埋深和水頭對果樹進行試驗研究的結(jié)果一致。

表6 不同處理方式對棗樹產(chǎn)量及其水分利用效率的影響

3.2 微孔滲灌不同鋪設(shè)方式對棗樹產(chǎn)量、水分利用效率的影響

土壤中水分的分布直接影響作物的根系生長，根系吸收水分和養(yǎng)分的能力與作物的生長和光合作用相聯(lián)系，進而影響作物的產(chǎn)量和水分利用效率[15]。適宜的毛管埋深(20、40 cm)和灌水量有利于促進作物生長提高產(chǎn)量和果實品質(zhì)[16]，并且可以促進作物根系生長[17]。本文試驗發(fā)現(xiàn)微孔滲灌鋪設(shè)方式為埋深20 cm、環(huán)形鋪設(shè)半徑40 cm有利于棗樹產(chǎn)量構(gòu)成因素、產(chǎn)量及水分利用效率的提高。也有研究表明[7]，地下滲灌埋深10 cm更有利于馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的提高，與本文埋深20 cm最佳結(jié)論不符，主要是馬鈴薯根系較淺，果實在地下生長，對水分的要求較低，并且試驗中采用起壟種植所致；棗樹根系分布范圍較廣，可以吸收更深層的土壤水分[18]，本試驗中選取的棗樹根系分布在0～60 cm，微孔滲灌埋深較深時，不利于提高棗樹產(chǎn)量和水分利用效率，并且微孔滲灌埋深10 cm較埋深為30 cm的產(chǎn)量更高、產(chǎn)量構(gòu)成因素更優(yōu)，主要是埋深較淺時，土壤水分向下運移在0～40 cm，位于根系集中區(qū)域，并且表層土壤更有利于根系呼吸。

4 結(jié) 論

1)隨著微孔滲灌埋深的增加，土壤含水率最大分布范圍和濕潤鋒均向下移動，埋深從10 cm增加到30 cm時，土壤含水率垂直方向最大分布范圍從0～45 cm增加到10～55 cm。隨著微孔滲灌鋪設(shè)半徑的增大，土壤含水率最大分布范圍和濕潤鋒均向外移動，鋪設(shè)半徑從30 cm增加到50 cm時，土壤含水率空間分布整體向外移動10 cm，并且各處理的最大濕潤區(qū)域土壤含水率值均在20%以上。

2)R40D20處理下棗樹的棗吊長度、每吊開花數(shù)、每吊坐果數(shù)、坐果率、單果重、單株結(jié)果數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率均最大，分別為31.24 cm、66朵、39個、59.70%、19.20 g、444個、7 666.82 kg·hm-2、2.83 kg·m-3，并且均與其他處理存在顯著差異(p<0.05)。